Estimation de la charge HVAC: gain de chaleur et perte d'infiltration

L'infiltration représenteÉchange d'air non contrôléEntre les environnements extérieurs et intérieurs, un impact significatif sur les charges de chauffage et de refroidissement dans tous les types de construction. Une estimation précise de l'infiltration est essentielle pour le dimensionnement du système HVAC approprié, la prédiction de la consommation d'énergie et le maintien des conditions environnementales intérieures souhaitées.

Normes d'infiltration essentielles

Les ingénieurs de CVC professionnels utilisent des bases de données d'infiltration complètes pour assurer des calculs de charge précis et des stratégies efficaces de conception d'enveloppes de construction.

Références d'infiltration de base

Standard	Section	pages	Focus de la couverture
Fondamentaux Ashrae 2017	Section 18.3	483, 484	Méthodes et facteurs de calcul de la charge d'infiltration
Fondamentaux Ashrae 2017	Sections 16.11, 16.13, tableaux 10, 11	441, 445	Mesure des fuites d'air et performance d'enveloppe du bâtiment
Guide CIBSE 2005 B	Section 1.3, tableau 1.5	14	Normes d'infiltration européennes et méthodes de calcul
Guide de CIBSE 2006 Une conception environnementale	Section 4.7, tableaux 4.13-4.17	160, 161	Bâtiment d'étanchéité de l'air et de modélisation d'infiltration
Carrier Part 1 Estimation du chargement	Chapitre 06, Tables 43, 44	94-96	Applications d'infiltration pratiques pour les calculs de charge

Concepts d'infiltration fondamentaux

Forces motrices pour le mouvement de l'air

L'infiltration se produitEn raison de différentiels de pression créés par plusieurs forces naturelles et mécaniques:

Effets de la pression du vent:

• Surfaces au vent: Pression positive conduisant l'air dans les bâtiments
• Surfaces sous le vent: Une pression négative dessinant l'air des bâtiments
• Corrélation de vitesse du vent: La pression augmente avec le carré de vitesse du vent
• Géométrie du bâtiment: La hauteur, l'orientation et la forme d'influence de la répartition de la pression

Effet de pile (flottabilité thermique):

• Différentiel de température: Les différences de température intérieure-extérieur créent des forces de flottabilité
• Hauteur du bâtiment: Les bâtiments plus grands éprouvent un plus grand effet de pile
• Plan de pression neutre: Niveau où les pressions intérieures et extérieures sont égales
• Variations saisonnières: Saison de chauffage Débit ascendant, inversion potentielle de la saison de refroidissement

Impacts du système mécanique:

• Déséquilibres de renaissance: Systèmes de ventilateurs créant une pressurisation ou une dépressurisation du bâtiment
• Systèmes d'échappement: Échappement local créant des zones de pression négatives
• Opération de CVC: Le cycle du système affectant les relations de pression du bâtiment

Pathways de fuite d'air

Pénétrations de l'enveloppe du bâtimentFournir des chemins pour un mouvement d'air incontrôlé:

Zones de fuite primaires:

• Fenêtres et portes: Interfaces d'image à paroi et composants de fonctionnement
• Pénétrations du mur: Les passes électriques, de plomberie et de système mécanique
• Joints de construction: Interfaces murales, mur à fond et matériaux de construction
• Discontinuités enveloppe: Caractéristiques architecturales et intégrations du système de construction

Méthodes de calcul d'infiltration ASHRAE

Section 18.3 Applications de calcul de la charge

Méthodologie ASHRAEFournit plusieurs approches pour l'estimation de la charge d'infiltration:

Méthode de changement d'air:

• Assomption ACH: Valeurs typiques par type de construction et qualité de construction
• Calcul de charge: Q = V × ACH × ΔT × 1,08 (sensible) + V × ACh × Δω × 0,68 (latent)
• Avantage de simplicité: Application facile avec des données minimales spécifiques au bâtiment requises
• Limitations de précision: Peut ne pas refléter les performances réelles du bâtiment

Méthode de crack:

• Calcul de la zone de fuite: Somme des zones de fuite des composants individuels
• Application de différentiel de pression: Corrélation entre la pression et les taux de flux d'air
• Facteurs spécifiques aux composants: Différentes caractéristiques de fuite pour les fenêtres, les murs, les portes
• Précision améliorée: Meilleure représentation des performances réelles des enveloppes de construction

Tables 10 et 11 données de fuite d'air

Données complètes de la zone de fuitePour divers composants de construction:

Taux de fuite de fenêtre:

• Fenêtres résidentielles: 0,1-0,6 cfm / pi de fissure à 25 pa différentiel de pression
• Fenêtres commerciales: 0,06-0,37 CFM / pi² de zone de fenêtre à 75 PA
• Impact de la qualité des fenêtres: Les fenêtres hautes performances réduisent considérablement les fuites
• Qualité d'installation: Une mauvaise installation peut augmenter les fuites de 200 à 300%

Fuite de mur et d'enveloppe:

• Construction: 0,3-3,0 CFM / pi² de zone murale à 75 PA
• Construction de maçonnerie: 0,1-1,5 CFM / pi² de zone murale à 75 PA
• Impact de l'isolation: Les barrières à l'air continu réduisent considérablement les taux de fuite
• Qualité de la construction: La fabrication affecte de manière critique les performances de l'étanchéité de l'air

CIBSE Normes européennes

Approche d'étanchéité de l'air européen

Normes CIBSErefléter l'accent européen sur les performances de l'enveloppe de construction:

Tableau 1.5 Applications:

• Classifications de perméabilité à l'air: Construire des catégories en fonction de l'étanchéité à l'air mesuré
• Concevoir des taux d'infiltration: Hypothèses conservatrices pour divers types de construction
• Exigences de test: Test de porte de souffleur obligatoire pour de nombreux types de bâtiments
• Cibles de performance: Objectifs spécifiques d'étanchéité de l'air pour la conformité à l'efficacité énergétique

Méthodologie de calcul européenne

Modélisation d'infiltration avancéeincorpore:

Tables 4.13-4.17 Données complètes:

• Facteurs spécifiques au climat: Modèles régionaux de vent et écarts de température
• Corrections de géométrie du bâtiment: Ajustements de hauteur, d'exposition et d'orientation
• Impacts de détail de la construction: Effectifs de pontage thermique et de continuité de la barrière de l'air
• Variations saisonnières: Différents taux d'infiltration pour les saisons de chauffage et de refroidissement

Intégration d'assurance qualité:

• Mesuré vs prédit: Corrélation entre les hypothèses de conception et les résultats des tests
• Vérification des performances: Exigences de validation de l'étanchéité de l'air post-construction
• Amélioration continue: Construire des commentaires sur les performances sur les pratiques de conception

Applications de calcul de la charge du transporteur

Méthodes de mise en œuvre pratiques

Tableaux 43 et 44Fournir des données d'infiltration axées sur l'application:

Considérations de type de construction:

• Bâtiments résidentiels: 0,35-1,0 Taux d'infiltration typiques ACH
• Bâtiments commerciaux: 0.1-0,5 ACh en fonction de la construction et de l'entretien
• Bâtiments industriels: 0,5-2,0 ACH reflétant les facteurs opérationnels et de construction
• Bâtiments hautes performances: <0,1 réalisable avec une conception et une construction appropriées

Intégration de calcul de charge

Évaluation systématique de l'infiltration:

1. Caractérisation du bâtiment: Type de construction, âge et évaluation des conditions d'enveloppe
2. Application de données climatiques: Modèles de vent locaux et analyse différentielle de la température
3. Évaluation des relations de pression: Le système HVAC a un impact sur la pressurisation du bâtiment
4. Considération de variation saisonnière: Différents taux d'infiltration tout au long de l'année

Analyse de l'impact de la charge d'infiltration

Effets de charge thermique sensés

Charges d'infiltration pilotées par la température:

Impacts de la saison du chauffage:

• Infiltration à l'air froid: Air extérieur nécessitant un chauffage à la température intérieure
• Méthode de calcul: QS = 1,08 × CFM × (Ti - TO)
• Considérations de charge de pointe: Différences de température de la journée de conception
• Implications de dimensionnement du système: L'infiltration peut représenter 20 à 40% de la charge de chauffage totale

Impacts de la saison de refroidissement:

• Infiltration à l'air chaud: Air extérieur nécessitant un refroidissement à la température intérieure
• Interaction de charge d'humidité: Exigences combinées de refroidissement sensées et latentes
• Effets de la capacité du système: Infiltration maximale pendant les conditions de vent élevé

Effets de charge de chaleur latente

Charges d'infiltration à humidité:

Différences de rapport d'humidité:

• Calcul de charge: Ql = 0,68 × CFM × (ωo - ωi)
• Dépendance climatique: Significatif dans les climats humides pendant la saison de refroidissement
• Exigences de déshumidification: Capacité supplémentaire du système pour l'élimination de l'humidité
• Impacts de qualité de l'air intérieur: Contrôle de l'humidité et considérations de confort

Stratégies de contrôle moderne de l'infiltration

Améliorations de l'enveloppe de construction

Méthodes d'amélioration de l'étanchéité de l'air:

Détails de la construction:

• Barrières d'air continu: Systèmes de scellement enveloppe ininterrompus
• Systèmes de fenêtres avancées: Fenestration haute performance avec un scellage supérieur
• Scellage de pénétration: Scellant complet de toutes les ouvertures d'enveloppe
• Assurance qualité: Vérification de la surveillance de la construction et des tests

Intégration mécanique du système

Stratégies de ventilation contrôlées:

Approche de ventilation équilibrée:

• Ventilation de récupération d'énergie: Échange de chaleur et d'humidité entre les flux d'échappement et d'alimentation
• Ventilation contrôlée par la demande: Air extérieur variable basé sur l'occupation et la qualité de l'air intérieur
• Contrôle de pressurisation du bâtiment: Légère pression positive pour réduire l'infiltration
• Ventilation zonée: Différentes stratégies de ventilation pour différentes zones de construction

Modélisation d'infiltration avancée

Méthodes de simulation informatique

Outils d'analyse sophistiqués:

Modélisation multizone:

• Calculs de pression de construction: Relations de pression détaillées dans les bâtiments
• Analyse dynamique: Variations d'infiltration horaire basées sur la météo et le fonctionnement
• Modélisation d'interaction système: Le système HVAC a un impact sur le mouvement de la construction d'air
• Prédiction de consommation d'énergie: La consommation d'énergie annuelle, y compris les effets d'infiltration

Conception basée sur les performances

Intégration des performances mesurées:

Test de porte de soufflerie:

• Validation de conception: Confirmation des performances prédites par rapport à l'enveloppe de construction réelles
• Outil de mise en service: Identifier et corriger les problèmes de fuite d'air
• Surveillance continue: Suivi des performances à long terme des enveloppes du bâtiment
• Optimisation de rénovation: Améliorations ciblées basées sur les performances mesurées

Assurance et vérification de la qualité

Méthodes de validation de conception

Précision de la charge d'infiltrationnécessite une vérification systématique:

Procédures de validation:

• Évaluation de l'enveloppe de construction: Examen détaillé des documents et spécifications de construction
• Vérification des données climatiques: Confirmer les données météorologiques appropriées pour les calculs
• Analyse d'interaction du système: Comprendre les impacts du système HVAC sur l'infiltration
• Tests de performance: Vérification post-construction des taux d'infiltration réels et prédits

Gestion continue des performances

Contrôle d'infiltration à long terme:

Considérations de maintenance:

• Dégradation de l'enveloppe: Augmentation liée à l'âge des taux de fuite d'air
• Remplacement du joint: Renouvellement périodique du dépulsion et du calfeutrage
• Rééquilibrage du système: Maintenir une bonne pressurisation du bâtiment
• Surveillance des performances: Suivi des modèles de consommation d'énergie indiquant des changements d'infiltration

Estimation précise de l'infiltrationReste fondamental pour la conception réussie du système de CVC, impactant directement le dimensionnement des équipements, la consommation d'énergie et la qualité de l'environnement intérieur tout en offrant des opportunités d'économies d'énergie importantes grâce à une amélioration des performances des enveloppes de construction.